CAE ve Yapısal Analiz HPC

Bilgisayar destekli mühendislik (CAE), ürün geliştirme süreçlerinde fiziksel prototip sayısını azaltırken tasarım güvenilirliğini artıran temel bir disiplindir. Yapısal dayanım, çarpışma güvenliği, termal yönetim ve dinamik yük analizi gibi mühendislik problemleri; milyonlarca serbestlik derecesine sahip sonlu elemanlar modelleri üzerinde çözülür. Bu ölçekteki hesaplamalar, konvansiyonel iş istasyonlarının sağlayabileceğinin çok ötesinde bellek kapasitesi ve paralel işlem gücü gerektirir.

Türkiye’de otomotiv, havacılık-uzay, savunma ve makina imalatı sektörlerinde faaliyet gösteren mühendislik ekipleri, hem rekabet baskısı hem de küresel OEM talepleri nedeniyle CAE simülasyonlarını yerli altyapı üzerinde yürütme ihtiyacı duymaktadır. Tasarım ve analiz verilerinin ülke sınırları içinde kalması, KVKK uyumu açısından da zorunlu bir gereklilik haline gelmektedir.

CAE İş Yükleri: Yazılımlar ve HPC Gereksinimleri

Yapısal analiz ve çok fizikli simülasyon iş yükleri, hem bellek hem de işlemci verimliliği açısından heterojen bir profil sergiler. Bir doğrusal statik analiz, yüzlerce çekirdeğe verimli ölçeklenirken; doğrusal olmayan temas ve hasar simülasyonları çekirdek sayısından bağımsız olarak yüksek belleğe ihtiyaç duyar.

Yapısal Analiz Yazılımları

Çok Fizikli Simülasyon Araçları

Sektörel Uygulama Alanları

Yapısal Dayanım ve Yorulma Analizi

Araç gövdesi (BIW), çerçeve yapıları ve mekanik bileşenler için statik ve dinamik yük altında dayanım kontrolü, CAE iş yükleri içinde en yaygın kategoridir. ANSYS Mechanical veya Abaqus ile gerçekleştirilen doğrusal statik analizler, büyük model boyutlarında (5–30 milyon eleman) yüksek bellek ve verimli çözücü kapasitesi gerektirir.

Yorulma analizi (fatigue life) iş akışı genellikle şu adımlardan oluşur: yük geçmişinin modal süperpozisyon ile hesaplanması, hasar birikimi modelinin uygulanması ve kritik bölgelerin belirlenmesi. Bu hesaplamalar seri olarak birbirini izlediğinden, tek bir analiz döngüsü 8–72 saat sürebilir.

Tipik kaynak gereksinimi: 64–256 çekirdek, node başına 512 GB–1 TB RAM

Çarpışma ve Darbe Simülasyonları

LS-DYNA ve Radioss, kısa süreli dinamik olayların (çarpışma, penetrasyon, patlama) simülasyonunda endüstri standardıdır. Tam araç crash modelinde 10–20 milyon elemanla çalışılır; 100 ms gerçek zamana karşılık gelen bir frontal çarpışma simülasyonunda tipik hesaplama süreleri:

Sertifikasyon dönemlerinde (NCAP, FMVSS, UN-R95 yan çarpışma) birden fazla senaryonun eş zamanlı çalıştırılması zorunludur. Bu periyodik yoğun dönemleri yönetmek için esnek ve hızla genişleyebilen HPC kapasitesi, zaman-piyasa rekabetinin belirleyici unsurudur.

Termal ve Isıl-Mekanik Analizler

Güç elektroniği soğutma, egzoz manifoldu ısıl gerilmesi ve yüksek sıcaklık altında çalışan motor bileşenlerinin tasarımında termal-mekanik etkileşim (thermomechanical coupling) analizi giderek daha yaygın kullanılmaktadır. Bu iki-yönlü (two-way) bağlı analizlerde hem CFD çözücüsü hem de FEM çözücüsü eş zamanlı çalışır; iletişim yükü nedeniyle düşük gecikmeli ağ bağlantısı kritik önem taşır.

EV batarya sistemlerinde hücre-modül-paket hiyerarşisindeki ısıl gerilme analizi de benzer iş yükü profiline sahiptir: çok katmanlı malzeme modelleri ve karmaşık temas koşulları, doğrusal olmayan çözücü kapasitesi gerektirir.

Tipik kaynak gereksinimi: 64–256 çekirdek, 256–512 GB RAM, yüksek hızlı scratch depolama (NVMe)

Modal Analiz ve NVH

Gürültü, titreşim ve sertlik (NVH — Noise, Vibration, Harshness) analizleri; büyük özdeğer problemlerinin çözümünü içerir. MSC Nastran SOL 103 (normal modes) ve SOL 108/111 (frekans tepkisi) iş yükleri, paralel çözücüde yüksek bellek ve güçlü I/O kapasitesi gerektirir. Rastgele titreşim analizi (SOL 111 PSD) ve aeroelastik analiz (SOL 144, 145, 146), hesaplama karmaşıklığı bakımından en zorlu Nastran iş yükleri arasında yer alır.

Tipik kaynak gereksinimi: 32–128 çekirdek, node başına 256 GB–2 TB RAM

Topoloji Optimizasyonu

Hafifletme (lightweighting) hedefleriyle yürütülen topoloji optimizasyonu iş yükleri, iteratif doğası gereği büyük hesaplama döngüleri içerir. OptiStruct, ANSYS Mechanical ile entegre topoloji ve şekil optimizasyonu, 50–200 iterasyon gerektiren bir optimizasyon döngüsü için 24–96 saatlik toplu hesaplama zamanı kullanabilir. Üretim için tasarım (Design for Additive Manufacturing — DfAM) uygulamalarının yaygınlaşmasıyla bu iş yükünün sıklığı artmaktadır.

Tipik CAE HPC Yapılandırması

Login / Pre-Post-Processing Nodes (2×)
├── CPU Compute Nodes (16–64 adet)
│   └── 2× AMD EPYC 9654 veya Intel Xeon Platinum 8592+
│       256–512 GB DDR5 ECC RAM/node
│       — Crash (LS-DYNA, Radioss), modal (Nastran), FEM (Abaqus, ANSYS)
├── High-Memory Nodes (2–8 adet)
│   └── 2× AMD EPYC 9654
│       1–2 TB DDR5 ECC RAM/node
│       — Büyük doğrusal olmayan modeller, aeroelastik, büyük NVH matrisleri
├── GPU Nodes (opsiyonel, 2–4 adet)
│   └── 2× Intel Xeon + 4× NVIDIA L40S
│       — ANSYS Mechanical GPU solver (lineer statik ivmendirme)
└── Depolama Katmanı
    ├── NVMe Scratch (BeeGFS paralel dosya sistemi)
    │   — 50–200 TB, 10+ GB/s okuma/yazma bant genişliği
    └── Kapasite Katmanı (SAS/SATA veya S3 uyumlu object storage)
        — Sonuç arşivleme, proje geçmişi

Ağ: Mellanox InfiniBand HDR 100G veya HDR200, fat-tree topoloji
İşletim Sistemi: Rocky Linux 8 / 9
İş Kuyruğu: SLURM + MUNGE kimlik doğrulama
Lisans Yönetimi: FlexLM / RLM lisans sunucusu (ANSYS, Abaqus, Nastran)

Neden On-Premise veya Kiralık HPC?

CAE iş yükleri, bulut kullanımı için ekonomik açıdan en zorlu iş yükleri arasında yer alır. Bunun başlıca nedenleri:

Büyük veri hareketi: Bir crash simülasyonu veya büyük NVH analizi, çalışma süresince onlarca ila yüzlerce GB geçici dosya oluşturur. Bulut ortamında scratch depolama ve veri aktarım maliyetleri, hesaplama maliyetlerini önemli ölçüde artırır.

Lisans ekonomisi: ANSYS HPC, Abaqus, Nastran gibi ticari çözücüler çekirdek sayısına dayalı lisanslama modelleri kullanır. Yüksek çekirdek sayısında bulut ortamında dakika bazlı lisans kiralama, on-premise lisans maliyetlerinin birçok katına ulaşabilir.

Veri güvenliği: Ürün tasarım verisi ve simülasyon geometrisi, rekabetçi açıdan en değerli sanayi sırrı kategorisindedir. Türkiye lokasyonlu, KVKK uyumlu altyapıda bu veriler müşteri tesisinden veya Türkiye veri merkezinden ayrılmaz.

Öngörülebilir kapasite: Sertifikasyon dönemleri öngörülebilirdir. Sabit kapasiteye sahip kiralık veya on-premise cluster, yoğun dönemlerde spot instance kıtlığı veya fiyat artışı riskini ortadan kaldırır.

Mevasis CAE HPC Hizmetleri

Mevasis, CAE odaklı mühendislik ekiplerine yapısal analiz altyapısı konusunda uçtan uca teknik destek sunar:

• İş yükü analizi ve boyutlandırma: Mevcut simülasyon portföyünüz profillenip hangi çekirdek sayısının, bellek kapasitesinin ve depolama bant genişliğinin gerekli olduğu belirlenir.
• Turnkey cluster kurulumu: Donanım temini, InfiniBand ağ tasarımı ve SLURM iş kuyruğu yapılandırması dahil anahtar teslim HPC altyapısı.
• Yazılım ortamı yapılandırması: ANSYS, Abaqus, LS-DYNA, Nastran ve FlexLM/RLM lisans sunucusu kurulumu ve paralel ölçekleme testleri.
• Performans optimizasyonu: MPI parametre ayarı, SLURM partition stratejisi, yüksek bellek node’larının önceliklendirilmesi.
• HPC Kiralama: Sertifikasyon dönemleri veya yeni platform lansman öncesinde geçici kapasite artışı için esnek kiralama modelleri.
• Yerinde HPC Kurulumu: Tesisinizde kurulan, Mevasis tarafından yönetilen on-premise cluster altyapısı.
• HPC Danışmanlık: Mevcut altyapıda darboğaz tespiti, yazılım güncelleme desteği ve simülasyon iş akışı otomasyonu.

Tüm altyapı ve yönetim hizmetleri Türkiye lokasyonlu veri merkezleri ve sahalar üzerinde sunulmakta; KVKK uyumlu veri işleme ve erişim denetimi politikaları standart olarak uygulanmaktadır.

CAE altyapı ihtiyaçlarınızı görüşmek için iletişime geçin.

Sıkça Sorulan Sorular

Abaqus için kaç çekirdek ve ne kadar RAM gerekiyor? Model boyutuna ve analiz tipine bağlıdır. 5–10 milyon elemanlı doğrusal statik bir Abaqus iş yükü için 64–128 çekirdek ve node başına 256–512 GB RAM genellikle yeterlidir. Doğrusal olmayan temas veya hasar analizlerinde bellek gereksinimi çekirdek sayısından bağımsız olarak 512 GB–1 TB’ye çıkabilir. Doğru boyutlandırma için mevcut modelleriniz üzerinde iş yükü analizi yapılması önerilir.

LS-DYNA crash simülasyonları için InfiniBand zorunlu mu? Zorunlu değildir; ancak 128 çekirdek üzerinde anlamlı bir iyileşme sağlar. LS-DYNA MPP (Massively Parallel Processing) modu, node’lar arası MPI haberleşmesine yoğun biçimde dayanır. 100 Gbit Ethernet ile karşılaştırıldığında InfiniBand HDR100, tipik crash iş yüklerinde %15–30 daha iyi paralel verimlilik ve daha düşük gecikmeli senkronizasyon sağlar.

ANSYS HPC lisansım var mı olmadan on-premise cluster kurabilir miyim? Hesaplama altyapısı lisanstan bağımsız kurulabilir; ancak ANSYS Mechanical’ı paralel çalıştırmak için HPC Pack veya Task Scheduling lisansı gerekmektedir. Mevasis, mevcut lisans portföyünüzün paralel kullanıma uygunluğunu değerlendirip lisans optimizasyonu konusunda danışmanlık sunmaktadır. FlexLM lisans sunucusunun cluster altyapısına entegrasyonu kurulum kapsamında gerçekleştirilir.

Nastran büyük modal analizi için yüksek bellek node’u şart mı? SOL 103 (normal modes) ve SOL 111 (frekans tepkisi) iş yüklerinde matris büyüklüğü model eleman sayısıyla kübik olarak artar. 1–2 milyon serbestlik derecesi altındaki modeller 256 GB RAM ile yönetilebilir; üzerinde ise 512 GB veya 1 TB RAM’e sahip high-memory node’lar zorunludur. Aeroelastik iş yükleri (SOL 144/145) bu gereksinim açısından en zorlu Nastran analizleridir.

Simülasyon verilerinin güvenliği nasıl sağlanır? On-premise altyapıda tüm veriler tesisinizden ayrılmaz. Mevasis yönetilen hizmetleri kapsamında Türkiye lokasyonlu veri merkezlerinde tutulan simülasyon verileri için erişim denetim listeleri, şifreli transfer (SSH/TLS) ve denetim kaydı standart olarak uygulanır. Tüm süreçler KVKK kapsamında yurt içi veri işleme gerekliliklerine uygun biçimde yürütülür.

Sertifikasyon dönemlerinde geçici kapasite nasıl artırılır? HPC Kiralama hizmeti, NCAP, FMVSS veya DO-160 test dönemlerine özgü kısa süreli kapasite artışı için esnek bir seçenek sunar. Mevcut on-premise cluster kapasitesini Mevasis kiralık node’larıyla genişletmek; taşma kuyruğu (overflow queue) yapılandırması ile sorunsuz biçimde entegre edilebilir. Ayrıntılar için iletişime geçin.